Способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором

Номер полезной модели: 1819

Опубликовано: 15.11.2016

Авторы: Перков Александр Николаевич, Касаткин Александр Анатольевич

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов, где требуется широкий диапазон изменения скорости вращения вала приводного двигателя, например электрические подъемные краны.
В основу изобретения положена задача снижение энергозатрат, упрощение электросхемы, уменьшение габаритов, повышение КПД, улучшение его регулировочных характеристик, за счет применения широтоимпульсной модуляции тока ротора.
Поставленная задача выполняется тем, что в известном способе регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором, включающем регулирование скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором путем изменения напряжения на роторе, при этом изменение напряжения на роторе осуществляют изменением ширины управляющих импульсов, создаваемых в широтоимпульсном модуляторе генератором пилообразных импульсов, которые подаются на один из сравнивающих уровней напряжения входов компаратора, при чем на второй вход подается напряжение с задатчика уровня мощности и при сравнении в компараторе происходит формирование выходного импульса, управляющего силовым ключом, изменением ширины импульсов силового ключа коммутирующих роторную обмотку двигателя регулируется механическая мощность на валу двигателя с фазным ротором
Таким образом, предложенный способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором за счет широтоимпульсной модуляции позволяет снизить энергозатраты, упростить электросхему, уменьшить габариты, повысить КПД, улучшить его регулировочные характеристики.

Текст

Смотреть все

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором, включающем регулирование скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором путем изменения напряжения на роторе,при этом изменение напряжения на роторе осуществляют изменением ширины управляющих импульсов, создаваемых в широтоимпульсном модуляторе генератором пилообразных импульсов,которые подаются на один из сравнивающих уровней напряжения входов компаратора, при чем на второй вход подается напряжение с задатчика уровня мощности и при сравнении в компараторе происходит формирование выходного импульса,управляющего силовым ключом, изменением ширины импульсов силового ключа коммутирующих роторную обмотку двигателя регулируется механическая мощность на валу двигателя с фазным ротором. Таким образом,предложенный способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором за счет широтоимпульсной модуляции позволяет снизить энергозатраты, упростить электросхему, уменьшить габариты,повысить КПД,улучшить его регулировочные характеристики.(76) Касаткин Александр Анатольевич Перков Александр Николаевич(56) Яуре А. Г., Певзнер Е. М. Крановый электропривод. Электропривод с асинхронным фазным двигателем и торможением противоключением, Энергоатомиздат, 1988, с. 251257(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ(57) Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов, где требуется широкий диапазон изменения скорости вращения вала приводного двигателя, например электрические подъемные краны. В основу полезной модели положена задача снижение энергозатрат, упрощение электросхемы,уменьшение габаритов,повышение КПД,улучшение его регулировочных характеристик, за счет применения широтоимпульсной модуляции тока ротора. Поставленная задача выполняется тем, что в известном способе регулирования скорости Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов, где требуется широкий диапазон изменения скорости вращения вала приводного двигателя, например электрические подъемные краны. Наиболее близким является способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором путем изменения напряжения на роторе при помощи нагрузочных резисторов. Для регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором применена электронноконтактная аппаратура,которая управляет режимами электропривода - скоростью вращения ротора двигателя и его режимом работы, т.е. направление вращения остановка работа торможение. Аппаратура управления выполнена с применением кулачкового контроллера совместно с электромагнитной контактной аппаратурой,выполненной на электромагнитных контакторах. Регулирование мощности ротора двигателя осуществляется изменением напряжения и тока на роторе двигателя при помощи соединения к обмоткам ротора нагрузочных резисторов. При включении контакторов замыкаются группы резисторов,вследствие чего изменяется сопротивление нагрузки роторной обмотки двигателя, чем достигается изменение напряжения на роторе и изменяется скорость вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором(Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый привод Электропривод с асинхронным фазным двигателем и торможением противовключением,Энергоатомиздат, 1988, с. 251-257). Недостатком этого способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором является высокие энергопотери на регулирующих резисторах,громоздкость применяемой аппаратуры, низкая надежность вследствие применения электронноконтактной аппаратуры и высокое тепловыделение на нагрузочных резисторах, низкий коэффициент регулирования,высокая трудоемкость регулирования ранее установленных значений мощности ротора, сложность сопряжения с внешними устройствами управления. В основу полезной модели положена задача снижение энергозатрат, упрощение электросхемы,уменьшение габаритов,повышение КПД,улучшение его регулировочных характеристик, за счет применения широтоимпульсной модуляции тока ротора. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором, включающем регулирование скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором путем изменения напряжения на роторе,согласно изобретению, изменение напряжения на роторе осуществляют изменением ширины управляющих импульсов,создаваемых в широтоимпульсном модуляторе генератором 2 пилообразных импульсов, которые подаются на один из сравнивающих уровней напряжения входов компоратора, при этом на второй вход подается напряжение с задатчика уровня мощности и при сравнении в компараторе происходит формирование выходного импульса, управляющего силовым ключом, изменением ширины импульсов силового ключа коммутирующих роторную обмотку двигателя регулируется механическая мощность на валу двигателя с фазным ротором. Регулирование скорости вращения вала при помощи изменения ширины управляющих импульсов,создаваемых силовым ключом,управляемым широтоимпульсным модулятором позволяет повысить КПД за счет снижения мощности нагрузки ротора. Упрощение схемы внешних соединений двигателя и уменьшение габаритов за счет применения электронных компонентов и силового полупроводникового ключа,заменяющего набор роторных регулировочных резисторов и электромагнитных контакторов. Сам ключ с устройством охлаждения и электронной схемой занимают не значительные габариты - примерно в 30-100 раз меньше прототипа. Отсутствие роторных нагрузочных резисторов в устройстве приводит к снижению энергозатрат и уменьшению тепловыделения. Улучшение его регулировочных характеристик связано с применением в качестве настроечных элементов переменных резисторов, входящих в задатчик мощности, которые можно оперативно перестраивать при необходимости. Переменными резисторами можно очень плавно отрегулировать необходимую мощность и скорость вращения ротора. Сопряжение с внешними управляющими устройствами достигается за счт того, что для управления в широтоимпульсном модуляторе используется управляющее напряжение, при этом возникает возможность управления мощностью ротора при помощи внешних управляющих устройств путм подачи заранее сформированного ими управляющего напряжения непосредственно на управляющий вход компаратора широтоимпульсного модулятора. Таким образом,предложенный способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором за счет широтоимпульсной модуляции позволяет снизить энергозатраты, упростить электросхему, уменьшить габариты,повысить КПД,улучшить его регулировочные характеристики. Способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором осуществляется в электроприводе с фазным ротором, принципиальная схема которого приведена на фиг.1. Электропривод состоит из электродвигателя с фазным ротором - 1, широтоимпульсного модулятора 2,включающего генератор пилообразных импульсов - 3, компаратор - 4 и импульсного регулятора - 5, включающего драйвер - 6, силовой ключ - 7, трехфазный выпрямитель - 8, и задатчика мощности на валу - 9,включающего кулачковый контролер - 10, реле 1 Р 2 Р 3 Р 4 - 11 переменные резисторы для настройки значений мощности двигателя 2 3 4 - 12. Способ осуществляется следующим образом. Генератор пилообразных импульсов 3 непрерывно формирует импульсы пилообразной формы. Эти импульсы подаются на один из сравнивающих уровень напряжения входов компаратора 4, на второй сравнивающий вход податся напряжение с задатчика 9 уровня мощности. Если кулачковый контроллер 10 находится в нейтральном (основном положении) соответствующем режиму остановленного двигателя, то управляющее напряжение равно 0 и при его сравнении с пилообразными импульсами в компараторе 4 происходит формирование выходного импульса при уровне пилообразного напряжения 0. В результате выходной импульс получается очень коротким, не достаточным для управления силовым ключом 7, вследствие чего ротор двигателя 1 остается в неподвижном состоянии, ротор двигателя не вращается. Если кулачковый контроллер 9 находится в одном из рабочих положений, то одним из своих контактов (1.1- 1.4) он включает одно из реле(Р 1-Р 4), которые через свои контакты подают управляющее напряжение, заранее настроенное соответствующим переменным резистором на второй сравнивающий вход компаратора в ШИМ. В результате чего при его сравнении с пилообразными импульсами в компараторе 4 происходит формирование выходного импульса при уровне пилообразного напряжения управлящему напряжению. Допустим, что у нас максимальная амплитуда пилообразных импульсов 5 вольт и длительность 5 миллисекунд, а напряжения на переменных резисторах настроены следующим образом - Резистор 1 формирует уровень напряжения 1 вольт Резистор 2 формирует уровень напряжения 2 вольта Резистор 3 формирует уровень напряжения 3 вольта Резистор 4 формирует уровень напряжения 4 вольта. Переводим кулачковый контроллер 9 в положение -1 срабатывает реле Р 1 на компаратор ШИМ 4 податся управляющее напряжение 1 вольт. При его сравнении с пилообразными импульсами в компараторе 4 происходит формирование выходного импульса при уровне пилообразного напряжения 1 вольт. В результате выходной импульс имеет продолжительность -1 миллисекунда. В остальных положениях кулачкового контроллера 10 происходят аналогичные вышеописанные процессы и в результате на выходе компаратора ШИМ формируются импульсы с длительностью соответствующей управляющему напряжению для управляющего напряжения 2 вольт-2 миллисекунды для управляющего напряжения 3 вольт -3 миллисекунды для управляющего напряжения 4 вольта -4 миллисекунды. Далее сформированные в ШИМ импульсы управляют силовым ключом 7. Электронный силовой ключ 7 находится в двух разных состояниях - замкнуто и разомкнуто, замкнутое состояние соответствует максимальному выходному напряжению компаратора и условно определяется,как логическая(дискретная) единица 1,разомкнутое состояние силового ключа соответствует минимальному напряжению на выходе компаратора 4 и условно определяется как логический ноль 0. От соотношения времени замкнутого и разомкнутого состояния ключа Тз/Тр (скважности коммутирующих импульсов) зависит ток ротора двигателя 1, и как следствие момент,механическая мощность,скорость вращения вала двигателя. Силовой ключ 7 подключен к выходу 3-х фазного выпрямителя 8 по схеме Дарлингтона, фазные входы выпрямителя подключены к роторной обмотке двигателя 1. Когда силовой ключ 7 находится в открытом (замкнутом) состоянии, он через выпрямитель замыкает роторную обмотку накоротко. При этом напряжение на роторной обмотке (рот) в момент открытия силового ключа 7 падает до напряжения насыщения на диодах выпрямителя и силовом ключе приблизительно 4-5 вольт(на диодах -2 вольтана силовом ключе -2-3 вольта). При этом ток ротора максимален, он примерно равен выражениюротст х 5 х 3 средне значение тока ротора можно вычислить по следующей формулеротрот(ТзТр) / Тз, гдеТз - время замкнутого (открытого) состояния силового ключа Тр - время разомкнутого (закрытого) состояния силового ключа. Усредннную мощность нагрузки ротора можно рассчитать по следующей формуле Р ротрот хрот Механическая мощность на валу двигателя 1 приблизительно будет соответствовать следующему выражению Р мех ротР пот д х КПД, где Рпот д - потребляемая двигателем мощность в данный момент времени,вычисляется Рпот д пит х пот. пит - напряжение питания двигателя пот - потребляемый двигателем ток в данный момент. Изменением ширины коммутирующих импульсов силового ключа регулируется механическая мощность на валу двигателя с фазным ротором 1. Увеличение ширины импульсов открытого(замкнутого) состояния силового ключа 7 по отношению к разомкнутому (закрытому) состоянию силового ключа 7 увеличивает электрическую мощность нагрузки роторной обмотки двигателя 1. Вследствие чего пропорционально е увеличению возрастает механическая мощность на валу двигателя и наоборот - уменьшение ширины импульсов открытого (замкнутого) состояния силового ключа 7 по отношению к разомкнутому(закрытому) состоянию силового ключа 7 3 уменьшает электрическую мощность нагрузки роторной обмотки двигателя 1. Вследствие чего пропорционально е убыванию уменьшается механическая мощность на валу двигателя 1. Из приведнной работы следует,что предлагаемый способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором имеет более низкое энергопотребление и тепловыделение, упрощнную схему подключения оборудования, небольшие габаритные размеры,применяемого оборудования, более высокое КПД,улучшенные регулировочные характеристики,возможность сопряжения с внешними устройствами управления и как следствие более высокую надежность, и практически полное отсутствие эксплуатационного обслуживания. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором,включающий регулирование скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором путем изменения напряжения на роторе,отличающийся тем, что изменение напряжения на роторе осуществляют изменением ширины управляющих импульсов,создаваемых в широтоимпульсном модуляторе генератором пилообразных импульсов, которые подаются на один из сравнивающих уровней напряжения входов компаратора, при этом на второй вход подается напряжение с задатчика уровня мощности и при сравнении в компараторе происходит формирование выходного импульса, управляющего силовым ключом, изменением ширины импульсов силового ключа коммутирующих роторную обмотку двигателя регулируется механическая мощность на валу двигателя с фазным ротором.

МПК / Метки

МПК: H02P 1/26

Метки: вращения, двигателя, асинхронного, фазным, ротором, регулирования, вала, скорости, способ

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/4-u1819-sposob-regulirovaniya-skorosti-vrashheniya-vala-asinhronnogo-dvigatelya-s-faznym-rotorom.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с фазным ротором</a>

Похожие патенты